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Jul 16, 2023

중간 매력 에멀젼의 복잡한 광학 전달, 역학 및 유변학

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1791(2023) 이 기사 인용 587 액세스 1 인용 2 Altmetric Metrics 세부 정보 브라운 단분산 시스템의 단거리 매력 소개

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1791(2023) 이 기사 인용

587 액세스

1 인용

2 알트메트릭

측정항목 세부정보

단분산 콜로이드 구체의 브라운 시스템에 단거리 인력을 도입하면 구조와 결과적으로 광학 전달 및 유변학적 특성에 실질적으로 영향을 미칠 수 있습니다. 여기서는 크기별로 분류된 콜로이드 에멀젼의 경우 열 에너지(\(\about 5.6\)\(k_{\textrm{B}}T)\)보다 훨씬 높지만 그리 크지 않은 중간 인력 강도를 부과하는 것을 보여줍니다. , 미셀 고갈을 통해 측정된 광학 전송의 역 평균 자유 경로 \(1/\ell ^*\)에서 액적 부피 분율 \(\phi\)의 함수로 눈에 띄는 노치가 발생합니다. 경구 유리 전이 \(\phi _{\textrm{g}}\)와 최대 무작위 재밍 \(\phi _{\textrm{MRJ}}\) 사이에 나타나는 이 노치는 다음을 의미합니다. 강력하게 매력적인 에멀젼 젤의 작은 물방울 네트워크와 비교하여 조밀하고 조밀한 물방울 클러스터가 더 많이 존재합니다. 우리는 강력하게 매력적인 콜로이드 시스템에 대해 이전에 장식된 코어-쉘 네트워크 모델을 확장하여 전단 강성에 기여하지 않는 조밀한 비침투 클러스터를 포함합니다. 측정된 \(1/\ell ^*(\phi )\)를 사용하여 이 확장된 모델을 제한함으로써 우리는 매력적인 콜로이드 시스템에서 수행된 확산파 분광법(DWS) 실험의 미세유변학적 해석을 개선하고 확장합니다. 우리의 측정 및 모델링은 적당히 매력적인 유리와 강하게 매력적인 젤 사이의 단거리 중간 인력을 갖는 조밀하고 무질서한 콜로이드 시스템의 광학 전달 및 전단 유변학적 특성의 풍부함과 복잡성을 보여줍니다.

연속 액체상에서 콜로이드 사이에 단거리 인력 상호 작용을 가하면 평형 및 비평형 모두 광범위한 브라운 콜로이드 시스템이 극적으로 변경되어 구조적 형태, 역학 및 물리적 특성이 달라질 수 있습니다1,2,3,4,5 ,6,7,8. 특히, 희석 한계를 초과하는 더 높은 콜로이드 부피 분율 \(\phi\) 및 열 에너지 \(k_{\textrm{B}}T\)보다 훨씬 강한 인력 상호작용의 경우, 여기서 \(k_ {\textrm{B}}\)는 볼츠만 상수이고 T는 온도입니다. 콜로이드 네트워크가 형성되어 콜로이드 겔을 생성할 수 있습니다6,9,10,11,12. 콜로이드의 모양, 크기 분포 및 변형성, 시스템에 부과된 준비 및 흐름의 이력, 콜로이드 간 인력의 유형, 범위 및 강도는 모두 콜로이드의 구조, 역학 및 특성에 영향을 미칠 수 있는 요소입니다. 젤13,14. 예를 들어, 상호 작용 잠재력의 깊은 2차 인력 우물에서 발생하는 미끄러운 결합15,16을 통해 형성된 단거리 강력한 인력 시스템은 전단 강성을 통해 형성된 고체-미립자 시스템과 국지적 배위수의 분포가 다를 수 있습니다. 결합14,15,16, 매우 깊은 1차 유인 우물1,17에서 발생합니다. 매우 매력적인 콜로이드 겔은 국소적으로 무질서한 구조를 갖는 특정 유형의 콜로이드 시스템을 나타내지만 평균 메쉬 크기와 관련된 특징적인 길이 척도는 DLCA(확산 제한 클러스터 응집) 과정을 통해 나타날 수 있습니다. 대조적으로, 거의 단단한(NH) 상호 작용에 접근하는 매우 약한 콜로이드 인력의 다른 한계에서는 무질서한 콜로이드 유리가 빠른 삼투압 압축을 통해 밀도가 높은 \(\phi\)로 형성될 수 있습니다. 콜로이드 유리를 더욱 높은 \(\phi\)로 삼투압으로 압축하면 콜로이드 유리가 막힐 수 있습니다.

콜로이드 젤과 콜로이드 유리는 모두 무질서하고 저주파 안정기 전단 탄성을 나타낼 수 있지만 주로 \(k_{\textrm{B}}에 대한 콜로이드 인력의 강도로 구별되는 두 가지 다른 유형의 연성 탄성 시스템을 나타냅니다. 티\). 우리는 약한 매력에서 단단한 것까지 상호 작용이 있고 콜로이드 유리와 같은 장기간의 이완이 부족한 조밀한 콜로이드 시스템을 지칭합니다. 단단한 구체에 대한 에르고딕-비에르고딕 전이의 고전적인 개념이 사라지는 인력의 한계에 적용되기 때문입니다. 단단한 단분산 구의 유리 전이 부피 분율 \(\phi _{\textrm{g}} \about\) 0.56–0.5819,20,21 바로 위의 \(\phi\)에 대해 이러한 단단한 구 유리는 다음을 나타냅니다. 비에르고딕성과 평균적으로 콜로이드당 매우 제한된 접근 가능한 병진 미세 상태의 결과로 영주파수 탄성 고원 전단 저장 계수, \(G^\prime _\text {p}\); 그러나 \(\phi\)가 \(\phi _{\textrm{g}}\)보다 다소 증가하더라도 \(G^\prime _\text {p}\)의 크기는 유한한 상태로 유지됩니다. 예를 들어, 고전적인 모드 결합 이론(MCT)22,23은 유리 형성 액체와 상호 작용하는 콜로이드 시스템24의 유리 역학을 설명합니다. MCT는 \(\phi\)가 \(\phi _{\textrm{g}}\) 쪽으로 증가함에 따라 밀도 변동의 완화 시간의 발산을 예측합니다. 그러나 훨씬 더 큰 \(\phi\)의 경우 단단하고 단단한 구체의 콜로이드 유리는 최대 무작위 재밍(MRJ) 지점에 접근합니다25, \(\phi _{\textrm{MRJ}} \대략\) 0.646(의 통찰력 있는 개선) Random Close Packing의 초기 개념26), 영주파수 \(G^\prime _\text {p}\)는 이상적으로 단단한 콜로이드가 걸리고 닿을 때 효과적으로 발산됩니다. 대조적으로, 공간을 채우는 네트워크로 구성된 콜로이드 겔은 \(\phi _{\)보다 훨씬 낮은 \(\phi\)에 대해 상당한 제로 주파수 \(G^\prime _\text {p}\)를 가질 수 있습니다. 텍스트RM{g}}\). 두 경우 모두 콜로이드 물체가 매우 단단한 고체 구체가 아닌 부드러운 경우 이 부드러움은 동작을 수정할 수 있으며 \(G^\prime _\text {p}\)는 \(\phi _{에서 발산하지 않습니다. \textrm{MRJ}}\)27. 또한 단거리 인력의 강점과 인력보다 더 짧은 거리에 존재할 수 있는 반발력도 안정화되어 \(G^\prime _\의 시작 및 \(\phi\)-의존성 모두에 영향을 미칠 수 있습니다. 텍스트 {p}\)28,29. 충분히 낮고 중간 인력 강도의 경우 기체와 같은 단량체 단계와 액체와 같은 비침투 클러스터 단계 사이의 2단계 공존이 발생할 수 있습니다6,30,31; 그러나 \(\phi _{\textrm{g}}\)보다 훨씬 낮은 \(\phi\)의 경우 전단 강성 삼출 네트워크가 없기 때문에 그러한 가스 클러스터 시스템의 전단 유변학은 주로 점성이 있습니다. 탄력적이지 않습니다.